【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能陶瓷，尤其涉及一种铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷及其制备方法与应用。
技术介绍
1、电致伸缩是指电介质在电场中发生弹性形变的现象，可以发生在所有的电介质中。当外电场作用于电介质时，电介质分子发生极化，沿着电场方向排列，由于正负极相互吸引，导致电介质在这个方向上发生收缩或伸长，直到其内部的弹性力与电引力达到平衡。由于电致伸缩效应属于二级效应，在无对称中心的压电陶瓷中极其微弱，其在相同的驱动电场下产生应变远远小于逆压电效应产生的应变，因而常被研究者所或略。然而，电致伸缩陶瓷材料具有位移量分辨率高、体积小、响应速度快等优点，在实际驱动过程中呈现出无噪声、不发热、耗能低等特点，可以用于制造高精度的传感器、微位移器和定位器等，实现微小位移的精确控制。尤其近年来纳米技术及微控制技术快速发展的，电致伸缩材料起着越来越重要的位置，研发高性能的电致伸缩陶瓷材料已经成为各国致力研发的热点之一。
2、作为典型的电致伸缩材料，铌镁酸铅pb(mg1/3nb2/3)o3(pmn)和铌锌酸铅pb(zn1/3nb2/3)o3(pzn)基弛豫铁电材料在近年来得到了广泛的关注和研究。其中：铌镁酸铅和钛酸铅的固溶体，特别是0.9pb(mg1/3nb2/3)o3-0.1pbtio3陶瓷，因其出色的介电和电致伸缩性能而备受瞩目，其电致伸缩应变在35kv/cm电场下高达0.12％。0.9pb(mg1/3nb2/3)o3-0.1pbtio3陶瓷优异的电致伸缩性能主要是来源于不同价态离子随机占据在钙钛矿结构(abo3)的b位置，产生化学组分的微观不均匀分
3、铌镍酸铅pb(ni1/3nb2/3)o3是一种b位复合钙钛矿结构的弛豫铁电体，其居里温度为-120℃，远低于pmn和pzn体系的居里温度，其独特的性能在电致伸缩材料的组分设计中具有潜在的优势。pb(ni1/3nb2/3)o3-pbtio3(pnn-pt)是铌镍酸铅和钛酸铅复合的弛豫铁电陶瓷材料，具有较高的介电和压电性能，其在准同型相界0.66pnn-0.34pt附近的压电系数高达500pc/n，这种优异的压电性能使其在传感器、驱动器和换能器等领域具有广泛的应用前景。然而，其场致应变曲线在不可逆畴壁运动的作用下会产生滞后效应，这种滞后效应会影响压电驱动器的输出精度，使得pnn-pt陶瓷在高精度和快速响应的驱动领域应用受到了限制。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷及其制备方法与应用，所述铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷具有高的介电和电致伸缩性能，电致伸缩应变在20kv/cm的电场下高达0.112-0.143％，室温介电常数εr高达28300-30020，其优异的电致伸缩性能在高精密元器件领域中具有广泛的应用前景。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的第一方面提供了一种铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷，所述铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的化学通式为：pb(1-y)ndy(ni1/3nb2/3)(1-x)tixo3，其中：0.31≤x≤0.37，0.015≤y≤0.030。
3、研究发现，虽然铌镍酸铅和钛酸铅复合的弛豫铁电陶瓷材料(pnn-pt)，其场致应变曲线在不可逆畴壁运动的作用下会产生滞后效应，影响压电驱动器的输出精度。但是，与压电效应相比，pnn-pt陶瓷由电致伸缩效应产生的形变具有低滞后和长寿命等特点。因此，本专利技术采用异价钕离子掺杂，取代钙钛矿结构(abo3)中a位二价铅离子(pb2+)的位置，通过对pnn-pt陶瓷的a位引入离子半径较小的异价离子，可以引起晶胞结构的畸变，增强铌镍酸铅基弛豫铁电陶瓷中极性纳米微区的体积含量，并破坏其长程有序的铁电畴结构，进一步降低不可逆畴壁运动带来的应变滞后系数，从而获得兼具有高介电和电致伸缩性能的陶瓷材料。
4、本专利技术的第二方面提供了一种铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，用于制备第一方面所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷，包括以下步骤：
5、(1)将pbo、nio、nb2o5、tio2、nd2o3按照所述化学通式的化学计量比混合，经球磨、干燥、预烧后，得预烧粉末；
6、(2)在所述预烧粉末中加入有机粘结剂，依次进行球磨、干燥、过筛、压制成型，得陶瓷生坯；
7、(3)将所述陶瓷生坯排胶后，进行烧结，得致密陶瓷；
8、(4)对所述致密陶瓷的表面进行抛光、被银，得所述铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷。
9、具体地，本专利技术的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷在制备时，先将各原料按化学计量比混合，然后进行预烧，通过固相合成的方法使各原料反应获得稳定的具有钙钛矿结构的预烧粉体，以减少后期烧结过程中杂相的产生，为制得高介电常数和电致伸缩应变的陶瓷材料奠定基础。
10、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨的介质为无水乙醇或水。
11、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨的物料与球磨的介质的质量比为1：(1-1.5)。
12、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨的转速为200-300r/min。
13、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨的时间为12-24小时。
14、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)中，所述预烧的温度为850-950℃。
15、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)中，所述预烧的时间为2-4小时。
16、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(2)中，所述有机粘结剂选自rhoplex溶液。
17、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(2)中，所述有机粘结剂的添加量为所述预烧粉体的2-4wt％。
18、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述排胶的温度为500-700℃，以去除所述有机粘结剂。
19、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述排胶的升温速率为1-2℃/min。
20、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述排胶的保温时间为1-2小时。
21、在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述烧结的温度制度为：以2-5℃/min的速率升温至1190-1250℃，保温1-2小时；然后自然冷却至室温。
22、本专利技术中所指的室温是指25±5℃。
23、本专利技术的第三方面提供了一种电子元器件，包括第一方面所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷。
24、在本专利技术的一些实施方式中，所述电子元器件包括高精密的传感器、微位移驱动器或定位器。
25、本专利技术的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
26、(1)本专利技术选择本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷，其特征在于，所述铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的化学通式为：Pb(1-y)Ndy(Ni1/3Nb2/3)(1-x)TixO3，其中：0.31≤x≤0.37，0.015≤y≤0.030。
2.一种如权利要求1所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨的介质为无水乙醇或水。
4.根据权利要求3所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨的原料与球磨的介质的质量比为1：(1-1.5)。
5.根据权利要求3所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为200-300r/min；和/或，所述球磨的时间为12-24小时。
6.根据权利要求2所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预烧的温度为850-950℃；和/或，所述预烧的时间为2-4小时。
7.根据权利要求2所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，
8.根据权利要求2所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述排胶的温度为500-700℃；和/或，所述排胶的时间为1-2小时。
9.根据权利要求2所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烧结的温度制度为：以2-5℃/min的速率升温至1190-1250℃，保温1-2小时；然后自然冷却至室温。
10.一种电子元器件，其特征在于，包括权利要求1所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷。
...【技术特征摘要】
1.一种铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷，其特征在于，所述铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的化学通式为：pb(1-y)ndy(ni1/3nb2/3)(1-x)tixo3，其中：0.31≤x≤0.37，0.015≤y≤0.030。
2.一种如权利要求1所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨的介质为无水乙醇或水。
4.根据权利要求3所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨的原料与球磨的介质的质量比为1：(1-1.5)。
5.根据权利要求3所述的铌镍酸铅基电致伸缩陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为200-300r/min；和/或，所述球磨的时间为12-24小时。
6...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。